專利名稱：一種測量土壤表面粗糙度的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及地表參數(shù)測量領(lǐng)域，特別涉及一種測量土壤表面粗糙度的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
土壤表面粗糙度是表征土壤水文特性和影響土壤性質(zhì)的重要參數(shù)。它與土壤水分滲入速率、地表徑、地表積水以及土壤侵蝕、土壤孔隙率等因素具有相關(guān)性。目前測量土壤表面粗糙度的方法主要有刻度板法、探針法、圖像陰影法、立體攝影測量法和激光掃描法?？潭劝宸y量是在土壤中插入一塊標(biāo)有距離刻度的標(biāo)牌，人工讀取不同點(diǎn)的土壤高度，通過計(jì)算，得到土壤表面粗糙度，該方法精度差、工作效率低。探針法測量，也存在測量精度差、工作效率低的問題。圖像陰影法是基于土壤影像的陰影進(jìn)行土壤粗糙度分析，屬于非接觸測量，但數(shù)字?jǐn)z像法僅能獲取2-D圖像信息，影響測量的準(zhǔn)確度。立體攝影測量法在測量過程中需要進(jìn)行較繁瑣的和準(zhǔn)確的控制點(diǎn)測量標(biāo)定，激光掃描法雖然具有相當(dāng)高的測量精度；但由于比較精密和昂貴，并且部分設(shè)備比較笨重，不易于野外搬運(yùn)。如何提供一種高精度又易于野外操作的土壤表面粗糙度測量裝置，是一個亟待解決的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種測量土壤表面粗糙度的系統(tǒng)，在野外環(huán)境和條件下，通過采用結(jié)構(gòu)光三維測量部件獲得樣方土壤表面各離散點(diǎn)在參考坐標(biāo)系的位置，然后通過水平基準(zhǔn)面板對土壤表面各離散點(diǎn)的位置進(jìn)行校正，并根據(jù)校正后的數(shù)據(jù)，獲得所測量的土壤表面粗糙度。本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種測量土壤表面粗糙度的系統(tǒng)，其特征在于，包括支架；水平基準(zhǔn)面板，用于覆蓋所述樣方土 ；結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件，位于所述支架上，用于采集所述樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)以及所述水平基準(zhǔn)面板上與所述目標(biāo)采樣點(diǎn)相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息，并將所述樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)以及所述水平基準(zhǔn)面板上與所述目標(biāo)采樣點(diǎn)相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息傳輸?shù)街醒胩幚硌b置；中央處理裝置，與結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件電連接，用于根據(jù)所述樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)以及所述水平基準(zhǔn)面板上與所述目標(biāo)采樣點(diǎn)相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息，對樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行校正，并根據(jù)校正后的樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)，獲得所測量的土壤表面粗糙度。通過結(jié)構(gòu)光對被測物體進(jìn)行三維測量，獲取被測物體各離散點(diǎn)的三維位置信息，并通過采集得到調(diào)制后的結(jié)構(gòu)光圖像，對該圖像進(jìn)行結(jié)構(gòu)光編碼、解碼計(jì)算出被測物體表面離散各點(diǎn)在參考坐標(biāo)系的位置，進(jìn)而獲得所測量的土壤表面粗糙度，可以實(shí)現(xiàn)簡單、快速并且精確地計(jì)算出土壤表面的粗糙度。[0012]其中，結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件包括依次電連接的結(jié)構(gòu)光投射單元和圖像采集傳感器。通過結(jié)構(gòu)光對被測物體進(jìn)行三維測量，獲取被測物體各離散點(diǎn)的三維位置信息，并通過采集得到調(diào)制后的結(jié)構(gòu)光圖像，對該圖像進(jìn)行結(jié)構(gòu)光編碼、解碼計(jì)算出被測物體表面離散各點(diǎn)在參考坐標(biāo)系的位置，進(jìn)而獲得所測量的土壤表面粗糙度，可以實(shí)現(xiàn)簡單、快速并且精確地計(jì)算出土壤表面的粗糙度。其中，還包括用于調(diào)整所述結(jié)構(gòu)光投射單元所投射光線方向的指南針羅盤。通過指南針羅盤調(diào)整所述結(jié)構(gòu)光投射單元所投射光線方向，從而使獲得的數(shù)據(jù)便于計(jì)算，提高了效率和準(zhǔn)確率。其中，還包括用于調(diào)整所述結(jié)構(gòu)光投射單元所投射光線角度的水平儀。通過水平儀調(diào)整所述結(jié)構(gòu)光投射單元所投射光線角度，從而使獲得的數(shù)據(jù)便于計(jì)算，提高了效率和準(zhǔn)確率。其中，還包括存儲裝置，與所述中央處理裝置相連接，用于存儲所接收的所述樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)以及所述水平基準(zhǔn)面板上與所述目標(biāo)采樣點(diǎn)相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息。便于存儲大量的圖像數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的計(jì)算能力。

圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種土壤表面粗糙度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種土壤表面粗糙度測量系統(tǒng)，下面將結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。參見圖1，包括結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件1，水平儀2，位于結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I面向地表的背面處，用于調(diào)整結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件的結(jié)構(gòu)光投射出射面和圖像采集傳感器面的角度，將結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I的結(jié)構(gòu)光投射出射面和圖像采集傳感器面面向土壤表面，并與水平面相平行，指南針羅盤3，可與水平儀2 —同位于結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I面向地表的背面處，或位于支架4的任一位置處，用于調(diào)整結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件所投射光線的方向。結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I位于支架4上，支架4可為三腳架，用于安裝固定結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件、指南針羅盤、水平儀和可調(diào)的水平基準(zhǔn)面板等。該系統(tǒng)還包括為結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件供電的電源5，結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I通過電源線6與電源5相連接，電源5可為12V(伏)電源。結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I包括依次電連接的結(jié)構(gòu)光投射單元、圖像采集傳感器和信息傳輸接口，結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I的傳輸接口通過數(shù)據(jù)傳輸線與中央處理裝置相連接，或者通過數(shù)據(jù)傳輸線與存儲裝置8相連接，存儲裝置8與中央處理裝置9電連接。該系統(tǒng)還包括水平基準(zhǔn)面板10，其是獨(dú)立可調(diào)的，用于確定樣方土的基準(zhǔn)水平面。在本示例中，可通過結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I通過對樣方土的采樣點(diǎn)以及位于樣方土上的水平基準(zhǔn)面板10上與這些采樣點(diǎn)相對應(yīng)的各個點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)，確定出所要測量的樣方土的水平基準(zhǔn)面。通過所確定出的水平基準(zhǔn)面，對所采集的樣方土的采樣點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行校正。通過校正后的樣方土的采樣點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)，即可獲得所要測量的樣方土的土壤表面粗糙度。在本示例中，結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I通過結(jié)構(gòu)光投射單元將結(jié)構(gòu)光投射到所要測量的樣方土上，通過圖像采集傳感器采集結(jié)構(gòu)光投射到所要測量的樣方土上所反射回來的圖像，投射結(jié)構(gòu)光覆蓋面通常是大于樣方面，因此能全覆蓋樣方土表面；圖像采集傳感器通常以多行和多列的形式采集反射的結(jié)構(gòu)光，因此結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件能夠同時(shí)采集到樣方土上多個離散目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)，該坐標(biāo)參數(shù)是采用結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I預(yù)先設(shè)定的參考坐標(biāo)系?？赏ㄟ^水平儀2和/或指南針羅盤3對結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I所投射的結(jié)構(gòu)光的角度和方向進(jìn)行調(diào)整。在本示例中，通過結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I采集到樣方土上多個目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息后，將水平基準(zhǔn)面板10覆蓋所測量的樣方土，通過結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I采集到與樣方土上多個目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息相對應(yīng)的水平基準(zhǔn)面板10上各個點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息。結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件I將所采集的采集到樣方土上多個目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)以及與樣方土上多個目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息相對應(yīng)的水平基準(zhǔn)面板10上各個點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息，通過信息傳輸接口傳輸?shù)酱鎯ρb置8中，中央處理裝置9從存儲裝置8中獲取上述坐標(biāo)參數(shù)信息，對樣方土上多個目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行校正，已獲得所要測量的樣方土上多個目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)相對于水平基準(zhǔn)面板10上各個點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息。中央處理裝置9根據(jù)所計(jì)算出的樣方土上多個目標(biāo)點(diǎn)相對于水平基準(zhǔn)面板10上各個點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息，獲得所要測量的樣方土的土壤表面高程，具體計(jì)算如下首先計(jì)算出表面各點(diǎn)的相對水平高程，公式如下Hij = Sij-Dij (I)其中Hij為第i行第j列土表面點(diǎn)的相對高程，Sij為土表面為第i行第j列目標(biāo)點(diǎn)的高度，Dij為水平面板第i行第j列點(diǎn)的高度。然后計(jì)算出各點(diǎn)相對最低點(diǎn)的水平高程Ilij = Hij-Ilmin (2)其中Iiij為第i行第j列土表面點(diǎn)的相對最低點(diǎn)的高程，hmin為土表面內(nèi)最低點(diǎn)高程。一般土壤的粗糙度可由均方根高度和自相關(guān)長度來表示，可通過表面各點(diǎn)的相對水平高程或各點(diǎn)相對最低點(diǎn)的水平高程來計(jì)算。中央處理裝置9根據(jù)所計(jì)算出的樣方土上多個目標(biāo)點(diǎn)相對于水平基準(zhǔn)面板10上各個點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息，獲得所要測量的樣方土的土壤表面粗糙度。土壤表面高度離均平方根高度計(jì)算如下
權(quán)利要求1.一種測量土壤表面粗糙度的系統(tǒng)，其特征在于，包括 支架； 水平基準(zhǔn)面板，用于覆蓋樣方土 ； 結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件，位于所述支架上，用于采集所述樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)以及所述水平基準(zhǔn)面板上與所述目標(biāo)采樣點(diǎn)相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息，并傳輸?shù)街醒胩幚硌b置； 中央處理裝置，與結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件電連接，用于根據(jù)所述樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)以及所述水平基準(zhǔn)面板上與所述目標(biāo)采樣點(diǎn)相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息，對樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行校正，并根據(jù)校正后的樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)，獲得所測量的土壤表面粗糙度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件包括依次電連接的結(jié)構(gòu)光投射單元和圖像采集傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括指南針羅盤，位于所述結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件的上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括水平儀，位于所述結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件的上方
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括 存儲裝置，與所述中央處理裝置相連接，用于存儲所接收的所述樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)以及所述水平基準(zhǔn)面板上與所述目標(biāo)采樣點(diǎn)相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種測量土壤表面粗糙度的系統(tǒng)，包括支架；水平基準(zhǔn)面板，用于覆蓋所述樣方土；結(jié)構(gòu)光投射-圖像采集部件，位于支架上，用于采集樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)以及水平基準(zhǔn)面板上與目標(biāo)采樣點(diǎn)相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息，并將上述坐標(biāo)參數(shù)信息傳輸?shù)街醒胩幚硌b置；中央處理裝置，用于根據(jù)樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)以及水平基準(zhǔn)面板上與目標(biāo)采樣點(diǎn)相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)信息，對樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行校正，并根據(jù)校正后的樣方土上的目標(biāo)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)，獲得所測量的土壤表面粗糙度。通過結(jié)構(gòu)光對被測物體進(jìn)行三維測量，獲取被測物體表面離散各點(diǎn)在參考坐標(biāo)系的位置，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)簡單、快速并且精確地計(jì)算出土壤表面的粗糙度。
文檔編號G01B11/30GK202814364SQ201220181448
公開日2013年3月20日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者李宗南, 陳仲新, 王利民, 任建強(qiáng) 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所